鋼鐵材料陶瓷涂層的有效制備方法

用于海洋工作的鋼鐵材料，面臨十分嚴(yán)重的海水腐蝕的威脅，并因此造成巨大的經(jīng)濟(jì)損失和安全隱患。為了提高其耐腐蝕性能，制備合適的表面涂層進(jìn)行防護(hù)非常重要，其制備方法有電鍍、有機(jī)涂層、熱噴涂等，其中高速電弧噴涂涂層具有重要價(jià)值，但由于其孔隙率高而限制了它在耐腐蝕方面的應(yīng)用。為降低高速電弧噴涂涂層的孔隙率，可以采取涂層的封閉處理。封閉處理提高了涂層的耐腐蝕性能，且封閉劑中加入納米材料或經(jīng)納米改性后可進(jìn)一步提高封閉性能。

河海大學(xué)為提高海洋設(shè)備的耐海水腐蝕性能，采用高速電弧噴涂技術(shù)在鋼材基體上制備陶瓷涂層，并采用有機(jī)硅樹(shù)脂做封閉處理，取得了很好的效果，使材料的耐腐蝕性能得到大幅提高。試驗(yàn)以Q235 鋼為基體材料，絲材粉芯為Fe 基合金及碳化鉻陶瓷等粉末。對(duì)Q235 鋼基體進(jìn)行噴砂除油，固定在工作架上進(jìn)行噴涂，電弧噴涂工藝參數(shù)為: 電壓35 V，電流200 A，壓力0.65 MPa，噴涂距離200 mm。采用有機(jī)硅樹(shù)脂進(jìn)行封閉處理，部分輔以6% 納米氧化鋁，將有機(jī)硅透明樹(shù)脂涂刷至涂層表面，涂刷3 ～ 5 次，以使有機(jī)硅充分滲入涂層，然后室溫干燥，固化24 小時(shí)以使有機(jī)硅樹(shù)脂與基體結(jié)合穩(wěn)定。

檢測(cè)表明，涂層呈現(xiàn)明顯的層狀堆砌結(jié)構(gòu)，層與層之間結(jié)合較致密，但伴有部分孔隙，采用灰度法測(cè)量涂層的孔隙率為6.8%。在封閉處理之后封閉劑固化在涂層低洼處，這大大降低了涂層孔隙缺陷對(duì)其性能的影響。

涂層硬度較高且分布均勻，平均硬度約1040 HV0.1，遠(yuǎn)高于基體的硬度( 170 HV0.1) 。結(jié)合強(qiáng)度測(cè)試顯示所有試樣均為膠斷，表明涂層結(jié)合強(qiáng)度大于計(jì)算值48 MPa，涂層與基體結(jié)合良好。

電化學(xué)測(cè)試表明，未經(jīng)封閉處理的原始涂層開(kāi)路電位先稍微下降，然后上升，最后穩(wěn)定在-0.62 V;而封閉處理后涂層開(kāi)路電位一直比較穩(wěn)定，在-0.42 V 左右。由此可知，封閉處理降低了涂層對(duì)腐蝕介質(zhì)的敏感度。封閉處理后涂層的腐蝕電位高于原始涂層，所以其腐蝕傾向低于原始涂層。有機(jī)硅封閉處理后涂層的腐蝕電流密度比原始涂層小一個(gè)數(shù)量級(jí)。封閉處理之后的涂層電阻值較大，電容值較小，擁有更好的絕緣性。這些實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，有機(jī)硅封閉處理后涂層的耐腐蝕性能獲得了大幅度提高。

Q-Fog CRH鹽霧試驗(yàn)箱

用電弧噴涂技術(shù)在鋼鐵材料表面制備的陶瓷涂層具有較高的耐腐蝕性能，但存在的孔隙成了溶液以及氯離子侵入的便捷通道，加速了基體的腐蝕。有機(jī)硅樹(shù)脂具有表面能低、憎水絕緣、經(jīng)過(guò)固化后粘結(jié)強(qiáng)度高等特點(diǎn)，涂層經(jīng)封閉處理之后，有機(jī)硅樹(shù)脂填充了孔隙，阻擋了腐蝕介質(zhì)的進(jìn)入。并且，有機(jī)硅分子結(jié)構(gòu)中活性基團(tuán)，具有反應(yīng)性，可以與基體材料牢牢地結(jié)合在一起，形成了一層非極性的有機(jī)基團(tuán)向外的憎水膜，這有助于阻止腐蝕介質(zhì)的滲入，提高材料的耐蝕性。